初中化学自制试验的开发和应用的研究.docx
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初中化学自制试验的开发和应用的研究
初中化学自制实验的开发和应用的研究结题报告
沈旭虹
一、问题的提出
（一）现行实验教学的分析
化学是一门以实验为基础的自然学科。
化学实验是化学教学的重要形式、内容，是化学教学方法的重要手段和基础。
中学化学实验的重要意义在于它是对中学生进行化学启蒙的重要工具。
化学实验能直观、形象地展现作为学习对象的化学事物，是化学学习内容最真实、最生动和最有效的物质载体。
在现实的化学实验教学过程中存在不少问题：
1、现行的教材中，很多实验的装置不够简化、实验操作不够简便、实验结果不够明显、实验安全性存在隐患、实验的时间过长等影响了学生的学习兴趣；
2、以“黑板实验”或“叙述实验”代替化学实验；忽视对学生的化学实验经验的积不利于学生实践能力和想象力的开发；
3、强调结果，忽视过程，偏重于验证性实验，忽视实验的探索功能，不利于学生接受科学方法的熏陶和训练、不利于学生科学素质的提高；
4、与生活、社会联系的家庭实验、课外实验的素材缺乏；
中学化学实验研究的最终目的是为中学化学教学提供更多、更好的实验方案，搞好化学实验教学，提高化学教学质量。
教师在教学过程中，将对某些化学事物的理性认识转化为可操作的实验方案，就必须要经过实验的开发，并应用。
（二）自制化学实验的意义
在初中化学教学中开展自制实验的开发与应用研究有以下几方面意义：
1、 通过自制化学实验，优化教材实验
初中化学教材实验主要来源于某些著名化学家的“经典实验”、高中教材的“下放实验”、对工业生产的“模仿实验”、某些研究工作的“改编实验”即使如此，往往也需要加工和改进优化，使其更加完善。
另外现行新教材中的也采用某些简易装置，但就其可行性方面仍有不少值得推敲之处，只有完善、优化它们，才能更加适合于初中的化学教学。
2、 通过自制化学实验，激发学生的学习兴趣
现行新教材相比老教材，增加了几个趣味实验、家庭小实验和选做实验。
在具体的教学实施过程中得到了学生的欢迎，特别是趣味实验和家庭小实验，其具有的趣味性和与家庭厨房联系的特点，在很大程度上激发了学生学习化学的兴趣。
根据学生现有的知识和当地的条件，适当地再开发一些激发学生兴趣的实验，以化学的奥妙引导他们亲手实验和进一步探索、思考，激发他们的求知欲，形成高层次化学学习兴趣和对化学学习的爱好。
3、通过自制化学实验，扩大学生的知识面
自制化学实验，会涉及到除本学科外包括物理等其他学科方面的知识。
同时，它们会以实验的形式展示给学生。
学生通过感性的认识，可以扩大知识面。
4、通过自制化学实验，解决化学问题
在化学的教学过程中，会遇到很多的化学问题，有的是来自认知层面的，有的是通过对已有的实验完成后，产生的新的实验问题，有的来自于生活实践。
这些问题的出现，足以引起我们的注意。
并应从理论和实验两方面入手去解决，从而获取新的知识。
通过课题的研究对教材中现有的一些实验起到优化、改进的效果，而且也充实了教材中的实验，对实验教学进行拓展，加深了初中化学的教学。
加强实验教学也是满足二期课改对教学的要求。
5、 通过自制化学实验，培养学生的实践能力和创新精神
化学实验培养学生技能的重要环节，是培养学生化学实验能力的最主要途径。
通过自制化学实验，培养学生的实践能力和创新精神，是一种很好的途径。
教师自制化学实验本身就是一种创新精神的体现，为学生树立一个楷模的作用。
让学生一起参与实验的设计和操作过程，并对实验的结果的作出评价。
通过化学实验，学生可以直接受到科学方法的熏陶和训练，这对学生科学素质（包括对科学知识的理解、对科学过程和方法的理解以及科学对社会的作用的理解）的提高和创新精神的培养十分有利。
（三）国内外关于同类课题的研究综述
“自制化学实验”的开发与应用研究，一直是化学教育工作者关注的一个课题。
“自制化学实验”的个案研究成果遍布于各类化学教学杂志和著作中，这对于本课题“自制化学实验”的开发来说，很有借鉴意义。
在国内外各种文献资料中，有很多的教育工作者撰写了大量实验开发及的理论著作。
国外有专门的中学化学实验开发研究所,并有相关的网站。
但就自制实验的开发、应用研究的策略是仁者见仁，智者见智。
但都往往是只讲实验的优化，而没有去讨论有的如何将自制实验与实际教学有机的结合，而专门的去探讨其应用的模式则是非常的少。
二、研究内容
（一）自制实验的开发研究
自制实验的开发研究是自制实验的技术性研究。
自制实验包括对教材实验的改进、对教材实验功能的深度挖掘处理、以及其他能够应用于化学教学实验的开发。
为进一步探讨中学化学自制实验开发，我们采用如下方法进行研究：
1.文献调查法：
收集历年来各中学化学期刊中发表的有关自制实验，加以整理，以初三化学现行教材的章节安排做归类、分档。
如下：
（1）自制柠檬汽水（第三章）
（2）制作无壳鸡蛋（第五章）
（3）一氧化碳还原氧化铜实验（第五章）
（4）生活中各种液体pH值的测定（第八章）
（5）从海水中提取食盐（综合）
（6）空气中氧气体积含量的测定（综合）
2.行动研究法：
通过上述资料调查以及自身的参与开发，就分析自制实验的案例总结开发研究。
（二）自制实验的应用研究
研究方法：
行动研究法、观察法
在课题的研究过程中通过开设化学实验活动课，组织一个化学自制实验兴趣小组等系列课堂教学、活动的开展，探索在初中化学实验教学中应用自制实验的一般策略和一种实验教学模式——问题解决模式。
结合学校每年一度的“理化实验挑战赛”，进行实验设计比赛，教师提出实验范围和要求，学生自行设计实验方案，完成实验。
利用设计实验能有效地培养学生解决问题的能力和创造能力，对学生进行科学方法教育。
自制实验在初中化学教学中应用的一般策略：
1、力求实验现象与知识的统一
2、补充教材的空白
3、创造探究情境
4、激发学生的兴趣
5、消除学生对实验的不良心理
（三）自制实验在初中问题解决教学模式中的应用
在化学课堂上开展“问题解决”教学是当前比较适合我国国情的一种教学模式，在“问题解决”教学中，教师以学科知识为教学内容，创设问题情境，引发学生产生认知上的冲突。
学生不是被动的知识接受者，而是积极的信息加工者。
早在20世纪30年代，陶行知先生就言简意赅地说创造始于问题。
有问题才有思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。
有问题虽然不一定有创造，但没有问题一定没有创造。
爱因斯坦就曾说过，发现问题比解决问题更重要。
要保护和发展学生的问题意识，进行问题性教学。
问题意识、问题能力可以说是创新意识、创新能力的基础。
实验教学在整个化学教学中占有重要的地位，实验是促使学生发现问题的有效手段，也是学生解决化学问题的必要手段。
如果将实验局限于教材实验，将教材实验奉为经典、不去反思它，那么在很大程度上限制了问题解决教学的开展，也限制了学生创新能力的培养。
自制实验包括对教材实验的改进、对教材实验功能的深度挖掘处理、以及其他能够应用于化学教学实验的开发，是开展化学问题解决教学的重要组成部分，是实验教学中的一个亮点。
让学生参与到对教材实验的反思和设计开发实验的整个过程，更有利于学生参与到整个教学活动中，构建化学知识和培养学生的科学技能、方法、态度。
给他们创造开放的环境氛围，给学生提供创造的平台。
对其加以引导，使学生的创新意识、创新个性得到更好的培养，使学生的创造力得到提高，提升为更高级的创造，以适应未来的社会变化。
在科学建模和教育建模的一般原理以及现代教育心理理论，整合化学问题解决的基础上拟定构建自制实验问题解决的教学流程为：
派生新问题、建立新循环
构思问题教学→引导化学问题→提示解决路径→组织实验过程→判断核定结论
学生在教师构思问题教学的基础上呈现化学认知。
这个过程强调教师要从学生习得的化学认知入手，分析教学任务，处理教学内容，利用教学资源，形成教学框架，进而组织教学。
这是化学问题解决教学的先导。
感知问题信息是学生在教师创设的问题情境以及适宜的课堂氛围中，将置身于化学问题媒介，感知相关化学问题信息，质疑有关化学问题的结论的过程。
这是实施化学问题解决教学的首要环节。
提出化学问题是学生在感知问题信息之后，产生多种质疑，提出相关问题的过程。
这是一个分辨问题主干与分支确定问题解决主次的重要环节，是开展化学问题解决教学的关键。
建构解决问题模型是学生问题解决思维的自组织过程。
这个过程是在教师的诱导和提示下，由学生独立辨析解决问题的路径，建立解决问题模型的过程。
展示探究学习即是按照问题解决模型解决化学问题的过程。
它遵循科学论证的一般原理，在教师的组织和策划为支撑，通过学生的探究学习而再现。
取得问题结论是化学问题解决的单元终结目标。
事实上某一个单元问题的解决往往是新一单元问题的开始。
教学中师生教学进程的演进正是不断取得问题结论过程中使问题解决不断深化，学生认知得到不断提升。
附：
部分自制实验在化学问题解决教学应用实例
实例一：
“自制柠檬汽水”
学习过托盘天平、量筒、烧杯、玻璃棒等常见仪器的使用和一些基本操作
呈现化学认知
创设问题情境
在实际生活中利用一些常见仪器和基本操作可以做些有趣的实验
感知问题信息
引导化学问题
1、配置柠檬汽水需用到哪些实验仪器？
2、配置柠檬汽水需利用哪些学过的基本实验操作？
提出化学问题
提示解决路径
选用实验所需的相关药品、仪器，并设计实验步骤
建构解决模型
组织实验过程
在教师指导下，组织同学进行实验，配置柠檬汽水
展示探究学习
判断核定结论
展示、品尝自制的柠檬汽水
取得问题结论
派生新问题、建立新循环
利用课堂中所学过的化学知识，还可以解决生活中的哪些问题？
注：
本实验由教师设计，应用在刚接触化学不久的同学中，用以激发同学学习化学的热情。
实例二：
从海水中提取食盐
构思问题教学
1、学过溶解、过滤、蒸发等操作技术
2、学过了从混合物中除去不溶性杂质的方法
3、学过了物质的溶解度曲线
呈现化学认知
创设问题情境
利用所学过的上述知识，如何从海水中得到食盐？
感知问题信息
引导化学问题
1、海水中的难溶性杂质如何除去？
2、海水中少量的氯化钙、氯化镁如何与食盐分离？
提出化学问题
提示解决路径
1、通过过滤操作可以除去海水中的难溶性杂质。
2、利用氯化钙、氯化镁与食盐的溶解性曲线不同，通过蒸发结晶，得到纯度较高的食盐。
建构解决模型
组织实验过程
1、学生自行进行实验方案的设计
2、根据实验方案进行实验操作
展示探究学习
判断核定结论
本自制实验取材于生活中发现的问题，并成功的模拟了整个实验。
取得问题结论
派生新问题、建立新循环
在实际生活中，需要从海水中大量得到食盐，工厂中采用的方法是什么？
工业生产与实验室模拟在原理、操作步骤上的异同点是什么？
各有何有缺点？
注：
本实验适合学习过溶液相关知识后进行，培养同学分析、解决实际生产、生活中问题，以及实验方案设计的能力。
实验后，指导同学上网查找工业生产的资料，对工业生产与实验室模拟生产进行比较，还可进一步开展探究行的学习。
实例三：
空气中氧气体积含量的测定
构思问题教学
根据学习，知道空气中氧气的体积百分比含量，也了解了一些测定方法（如拉瓦锡的测定方法等）
呈现化学认知
创设问题情境
拉瓦锡的经典实验过于复杂、时间过长，利用实验室的常见仪器如何测定空气中氧气的含量
感知问题信息
引导化学问题
1、寻找哪些药品可以消耗空气中的氧气？
2、空气中氧气被消耗后如何体现气体体积的减少？
提出化学问题
提示解决路径
1、氧气被消耗后，不能产生其它气体
2、结合其它知识（如大气压强）来解决问题
建构解决模型
组织实验过程
1、学生自行设计实验方案
2、依照自己的方案进行实验
3、分析测定数据
展示探究学习
判断核定结论
本自制实验取材于教材中发现的问题，并综合其它学科的知识（如物理）一起解决问题。
取得问题结论
派生新问题、建立新循环
实验中如果存在误差，产生的原因是什么？
注：
本实验是作为“理化实验挑战赛”的一道实验设计题，取材与教材中的教师演示实验，在学习化学一段时间后有了一定的知识基础，能综合分析问题，利用所学的各方面知识综合来解决问题。
（四）学生进行实验的评价的研究
化学实验教学评价体系不应是过去那种一刀切的僵硬面目，评价应尊重学生的个性差异和个性特点，评价应置于真实、具体的情景中，对学生在实验活动中的表现，不是单纯的从知识与技能的角度去考察，而是应多从促进学生的科学素养全面发展的视角来考察。
学生评价方式由学生、教师共同来完成
评价目标
评价内容
自评
50％
师评
50％
综合
100％
要点
分值
知识
与
技能
1．认识常见的药品和仪器
2．根据实验目的选择正确的药品和仪器
3．正确进行化学实验的基本操作
4．能安装化学实验装置
过程
与
方法
5．能提出猜想和假设
6．根据实验目的设计简单实验方案
7．根据实验目的能独立或与他人合作完成实验
8．主动与他人讨论、交流实验探究结果，对自己的表现进行反思
情感态度与价值观
9．对化学实验具有较高的兴趣，体验到化学实验探究活动的乐趣和成功的喜悦
10．积极与他人合作，主动交流实验信息
11．提出过具有新意的实验设计方案，主动进行可行性论证
12．注意节约和合理使用化学药品，并在实验中注意可持续发展
总评
评定等第：
（优、良、继续努力、有待提高）
反思
建议
三、研究效果
通过一年的教学探索与实践，积累了许多经验，效果也是很明显的，可以从以下几个方面分析。
（一）激发了学生学习的兴趣
学习兴趣是一种力求认识世界、渴望获得文化科学知识的意识倾向，能推动人们去寻求知识，钻研问题，开阔眼界，它也是一个人走向成才之路的一种高效能的催化剂。
可以说学习兴趣是学习活动的重要动力。
演示实验生动、鲜明，可以激发学生的学习兴趣。
要保证课堂演示实验的成功，教师每次实验前都做好充分准备，努力做到操作规范，速度适中，便于观察。
为避免学生只是看实验，觉得好奇、好玩而忽视学习，学生每次观察实验都要有明确具体的观察提纲和真实详细的实验现象记录，逐步培养观察能力。
另外，对于课本中的演示实验，有的现象不明显，这就需要教师开动脑筋不断改进实验方法，使实验现象鲜明生动。
在学校实验条件允许的情况下，可以把一些观察性较差而方法较简单的实验改为演示实验，让学生在教师指导下边讲边实验。
在具体的教学中，有些化学概念学生不易理解和掌握，如果设计成一些自制实验，让学生观察、分析，学生就比较容易理解和掌握。
例如，氧化还原反应的概念可设计下列实验：
在空气中用酒精灯烧铜丝，红色铜丝被氧化变黑，然后用氢气还原，又变为原来的红色。
通过这个实验事实能引导学生观察和分析，透过现象看本质，从而理解氧化还原的基本概念。
为了开拓学生的思路，我还想方设法把教材中的验证性实验变为探究性实验，让学生们边做、边看、边想，再经过分析、归纳和总结，促使他们在深切感知的基础上理解化学反应本质。
例如学习《酸的性质》一节，可结合教材内容，针对学生易犯的错误设计下列实验：
氧化铜加水，再稍稍加热，不反应；氧化铜加酸，加热，反应发生，生成蓝色溶液。
通过这一实验，学生可得到氧化铜不溶于水但溶于酸的正确结论。
通过生动活泼的化学实验，可以培养学生学习化学的兴趣。
（二）训练了学生的思维能力
要切实加强实验教学的思维训练，重点是——围绕实验的“三大原理”引导学生展开思维活动。
化学实验理论的主体内容，可概括为⑴实验原理；⑵装置原理；⑶操作原理。
教师应当在具体的化学实验教学过程中，引导学生围绕对上述“三大原理”的探索、理解和辨析，自始至终渗透着思维训练活动。
而自制实验给学生的思维训练提供了很好的机会。
1．挖掘启发思维的因素。
现行化学教材对每个具体的化学实验，一般都是采用操作步骤介绍性的叙述，缺乏对学生思考的激发和引导。
因此，教师设计自制实验时要透过实验题里叙述性的文字，将隐含在其中的“三大原理”的因素挖掘出来，设计层层激发学生思考的问题，诱导他们研讨探究。
例如，“空气中氧气体积含量的测定”可以设计出系列启发学生分析原理的思考题：
（1）选择物质燃烧消耗时应当从哪些角度考虑？
（2）氧气无色无味，如何测定消耗氧气的体积？
（3）实验设计时要注意哪些问题？
2．养成细心观察的习惯。
一般说来，学生对化学实验都颇有兴趣，但往往只是好奇心驱使所致，由于观察实验时目的性不明确，不善于集中注意力于那些关键设备的主要现象，加之实验时仪器小而教室范围宽、学生多，所以他们观察实验并不准确。
为此，在可能条件下，教师宜改演示实验成并进实验，或借助ＣＡＩ软件或ＶＣＤ光盘、录相带等播放实验录像，尽可能结合并进实验或录像播放，穿插围绕“三大原理”的系列思考题，引导学生有针对性地思考，展开思维训练活动。
3．坚持实事求是的态度。
教师在组织学生进行化学实验活动中，为了避免学生先入为主，想当然，走过场，要提倡学生养成据实完成实验报告的良好习惯，即使实验失败或出现异常，也要按的观察的实情填报实验现象和结果，然后及时分析失败或异常的原因，从分析原因的过程中锻炼思维。
例如，学生做“空气中氧气体积含量的测定”的实验，按理应当出现氧气体积大约占空气的1/5，但有的学生却得到结果不到1/5。
在这种情况下，教师应强调学生据实填写，并通过讨论分析原因：
有的是红磷用量不足，有的未等装置冷却。
于是学生从分析原因中得到了思维训练，也提高了对反应物适当用量和控制条件对实验成败影响的认识。
4．联系社会生活的实际。
中学生学习各门学科的根本目的，是提高素质、改造自然、服务社会，作为化学学科的基础和重要组成部分的实验活动也不例外。
因此，除了课堂实验教学要重视学生的思维训练，以提高实验教学质量外，还要倡导学生配合课内学习，在课外日常生活中，开展力所能及的化学小实验和解释社会生产、生活中的某些化学现象，例如自制柠檬汽水，从海水中得到食盐……。
通过这些实验和调查活动，运用化学原理积极展开思维，逐步提高分析问题和解决问题的能力。
化学实验教学中的思维训练不容忽视，而化学自制实验活动中的思维训练前景广阔，大有可为。
（三）培养了学生的素质
一、实验教育中的化学科学素质的培养
在基础教育中，化学科学知识是学生认识世界、面向生活和自身发展必不可少的知识，这些知识涉及面广，但难度适中或倾向简单，“化学实验教学则有利于激发学生的学习兴趣，也有利于学生形成概念，获得化学知识，同时，也有利于培养学生观察能力，分析问题、解决问题的能力，获得比较熟悉的实验技能，培养学生实事求是，严肃认真的科学态度”（大纲语）。
因此，在自制实验设计中应注意以下几点：
1、首先，在选择自制实验时，应以突出教学重点、难点为前提，以符合直观、简单、安全、可靠为基本条件，以规范操作为保障，以帮助学生实验技能和科学态度及获取化学知识为目的。
2、在实验观察过程中，应以指导学生正确的观察方法为主，这样，有利于通过实验培养学生的思维能力及分析、解决问题的能力。
3、学生实验和简单实验设计及实验是学生实验技能形成很好的途径。
二．实验教学中的思想品质素质教育
通过化学实验，可以结合实验注意事项对学生进行安全教育，环保意识教育，爱护公物、热爱劳动、节约药品、水电等教育。
通过与化学实验相关的化学家的故事，可以对学生进行爱学习、爱科学及爱国主义教育。
如借助侯氏制碱法实验原理介绍侯德榜的感人事迹和我国纯碱工业的发展概况，激发学生建设祖国的使命感。
三、实验教学中的身心素质教育
在演示实验部分，通过教师从容不迫，紧张有序的示范，可以教育并帮助学生在紧张有序的思维活动中形成良好的心理素质；通过实验提供的氛围以及围绕对实验浓厚的兴趣，学生的思维方式不受限制，也有助于学生形成良好的心理素质。
同时，通过独立操作实验，也可以起到培养学生良好的心理素质的作用，通过分组实验，学生团结协作，共同完成实验，共同完成和讨论实验现象、结论，有利于培养学生的合作精神。
中学生具有好动的特点，在化学实验教育中具有强烈的主动性。
但由于知识、能力、经验的不足，同时又具有明显的恐惧心理（特别是女生），如怕爆炸、怕腐蚀、怕中毒、怕损坏仪器。
这种矛盾的心态，常常成为他们顺利完成实验任务的重要障碍。
为了克服学生的惧怕心理，在教学中注意向学生讲清在严格遵守实验程序的前提下不会发生实验事故，并向他们传授应付可能发生事故的方法，辅之以规范的演示，使学生明确，只要照章实验，就不会出问题。
然后通过分组实验，独立操作的训练，达到消除学生心理障碍的目的。
实验的成功，特别是简单实验或实验习题，学生可以从中体验到成功的喜悦，就会使他们更加努力，更加勤奋，反之，失败之后，在教师的指导下或同学的帮助下，找到失败的原因而重新获得成功，会带给学生更大的喜悦，使他们对战胜挫折充满信心，有利于培养学生坚韧不拔的性格。
四、化学实验中的审美素质能力的培养
化学实验是与丰富多彩的物质世界和千变万化的化学变化以及多姿多彩的实验仪器分不开的。
丰富多采的物质世界，除了带给学生色彩上的美感，还可以带给学生无穷的遐想。
化学实验美化学美育的主要内容，对学习和研究化学有巨大动力作用。
化学实验教育不仅要向学生展示化学仪器美、化学物质美，重要的是在实验操作美，实验装置的和谐美和实验现象美上狠下功夫，力求装置简单美观，操作简单安全，现象明显精彩。
例如从浑浊的海水中，最后提炼出雪白的食盐晶体。
经常让学生在实验教学中欣赏感受化学美，就会消除对化学的误解，激发探索化学的浓厚兴趣，产生热爱生活、愉悦和谐、乐观向上等积极的情绪，有助于发展审美创造能力。
五、化学实验教学中的劳动技术素质教育
学生对实验技能的掌握本身也是一种对劳动技术的掌握。
化学教学的目的之一，就是培养学生的动手能力。
这种能力的形成对学生的日后的工作、生活的帮助不言而喻。
如学生学会土壤及水样酸碱性的测定，对于日后学生自已测定土壤、水质的酸碱性，从而合理施肥，合理种植，合理利用土地资源。
通过近一年研究，化学自制实验不但给学生带来学习化学的动力，同时促进了我在化学教育教学能力的提高，我将在以后的教学中并不断地探索、实践、改进、提高、完善，争取更大的成绩。
参考文献：
1．【美】FyndaFielstein&PatriciaPhelps著 王建平等译《教师新概念－教师教育理论与实践》北京：
中国轻工业出版社，２００２.８
2．【美】DonaldRCruickshank&DeborahL.Bainer&KimK.Metcalf著 时 绮等译《教师行为指导》
3．北京：
中国轻工业出版社，２００２.８袁国振 著 《教育新理念》
4．北京：
教育科学出版社，２００２.３（２００３.４重印）吴俊明 编著 《中学化学实验导论》
5．历年的《化学教学》、《化学教育》、《中学化学教学参考》、《中学化学》
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